生态气象监测指标体系—湖泊生态系统（试行）

附件5：

生态气象监测指标体系

（试行）

中国气象局 二○○六年三月

湖泊生态系统 前 言

人口、资源、环境和灾害等是全人类正在且必须面对的重大课题，因为近百年来全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化。这种变化对世界范围内生态、资源、环境的负面效应日益显现，导致了水资源短缺、海平面上升、冰川退缩、干旱化和荒漠化加剧以及各类极端天气气候事件的频繁发生，已经并将继续对经济社会的可持续发展带来深远的影响。

我国的气象事业发展正在进入一个崭新的时期，气象与经济社会发展的关系日益紧密，已经深入到政治、经济、社会、国家安全、环境、外交和可持续发展的方方面面。中国气象事业发展战略研究成果提出了“公共气象、安全气象、资源气象”的发展理念，中国气象局业务技术体制按照“多轨道、研究型、集约化、开放式”的总体思路，明确了八条业务轨道和四个功能平台的业务布局与分工，其中生态与农业气象为业务轨道之一。

开展生态与农业气象业务，是气象部门“坚持公共气象的发展方向，大力提升气象信息对国家安全的保障能力，大力提升气象资源为可持续发展的支撑能力”的现实需求，是进一步发挥气象专业技术优势，积极拓展气象业务服务领域，改善生态环境，提高资源利用效率的重要基础性工作，是气象部门为实现经济社会全面、协调、可持续发展所做的积极探索和努力。其中，生态气象监测作为一种重要的工作手段，是生态与农业气象业务的核心构成。

为了保证全国气象部门生态气象监测工作的深入开展并进一步实现业务化、规范化和制度化，我们组织编制了该项《生态气象监测指标体系（试行）》。本书依据《地面气象观测规范》、《农业气象观测规范》和《生态气象观测规范（试行）》等，并充分利用卫星遥感监测技术和方法，初步建立了农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等6种生态系统下大气、生物、土壤和水以及相关灾害等监测指标体系。

生态气象监测是一项正在发展中的业务，其指标的建立尚未完全成熟，科学技术和社会经济的飞速发展，也必将对此项业务提出更新更多的需求。因此，随着今后全国气象部门开展生态与农业气象业务的工作实践，本监测指标体系将不断得到检验，预测减灾司也将适时对本体系进行修改完善，并根据发展需要建立其它生态系统的监测指标体系。

中国气象局预测减灾司

二〇〇六年三月

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目 录

概 述 .............................................................. 1 原 则 .............................................................. 2

湖泊生态系统监测指标总表 ......................................................... 3 气 象......................................................................... 4 大气成分......................................................................... 5 生 物......................................................................... 6 水 体......................................................................... 7 灾 害........................................................................ 10 参考文献........................................................................ 15

附加说明 ............................................................. 16

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概 述

生态学是研究生物生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学，其目的是指导人与自然、资源与环境的协调发展。生态气象是应用气象学、生态学的原理与方法研究天气气候条件与生态系统诸因子间相互关系及其规律的一门科学。

生态气象监测，即通过对生态系统的大气、生物、土壤和水以及相关灾害发生的主要特征量的观测、调查和计算，解读气象条件与各生态因子之间的相互关系和作用机理，科学评价生态系统的动态状况，提供保护、改善和合理利用生态系统的信息，同时为气候系统、气候变化研究和预测提供重要的基础数据。

生态气象监测指标，指的是在生态气象监测过程中选定的能够反映和指示生态系统状况的特征量，由大气、生物、土壤和水以及相关灾害五类特征量组成，包括应用卫星遥感技术和地面观测方法获取的直接观测值或调查值，以及对直接观测值或调查值加工处理后的计算值。

生态气象监测指标体系，是各生态系统生态气象监测指标总集。本指标体系涵盖农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等六种生态系统。其中农田生态系统指标47个，森林生态系统指标43个，草地生态系统指标48个，湿地生态系统指标35个，湖泊生态系统指标35个，荒漠（绿洲）生态系统指标40个，总计248个指标。

应用本指标体系，可以选择单一或多个指标开展定期或不定期的专题服务或评价；可以定期或不定期地在各生态系统中分别进行大气、生物、土壤和水以及相关灾害发生的变化分析或评价；可以在综合分析大气、生物、土壤和水以及相关灾害总体指标的前提下，定期制作各生态系统质量评价。

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原 则

生态系统是地球上由生物群落及其生存环境共同组成的动态平衡系统。生物群落和（或）生态环境的差别形成不同的生态系统，每个生态系统都有自己的结构以及相应的能量流动和物质循环的方式和途径。因此，各生态系统存有共性，但又有各自的自身特点、面临问题和发展需求。

本监测指标体系在充分分析农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等六种生态系统的共性与各自独特性的基础上，遵循以下原则选择建立指标体系。

（一）代表性原则

生态气象监测指标的选择，能够充分体现各种生态系统，包括农田生态系统、森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、湖泊生态系统和荒漠（绿洲）生态系统等的自身特点，以及各种生态系统下信息服务的针对性、独特性。是为代表性原则。

（二）整体性原则

生态气象监测指标的选择，能够涵盖各种生态系统中各类信息服务产品的加工、制作和服务的全过程，包括直接观测指标、调查指标和计算指标。是为整体性原则。

（三）通用性原则

生态气象监测指标的选择，能够整体适用于不同地域范围的同种生态系统，而非部分适用并且不局限于某个特定区域。是为通用性原则。

（四）应用性原则

生态气象监测指标的选择，能够在信息服务中做到获取方便，加工程序简单，产品服务方向明晰，容易付诸实际应用，总之具有可操作性。是为应用性原则。

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湖泊生态系统监测指标总表

气象

大气成分

生物

水体

灾害

1 ≥0℃活动积温 酸雨和酸雨率 自然物候 水位和水深 干旱

2 （日、月、年）平均气温 降尘总量 浮游植物现存量 水域面积 水华

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（日、月、年） 最高气温、最低气温

湖泊鱼总量 水质五要素 泛塘

4 气温日较差 湖泊生态环境需水量 富营养化指数 涝灾

5 降水量 总有机碳（TOC） 低温害

6 降水距平百分率 化学需氧量（COD） 大风

7 蒸发量 生物需氧量（BOD） 雾

8 干燥度 湖泊排放量

9 日照时数 地表径流量

10 湖泊附近土壤水分含量

11 湖泊附近地下水位

12 水下温度和辐射

13 湖泊结冰

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气 象

1.≥0℃活动积温

积温指一定时期内日平均温度的总和。积温是植物要求热量的指标，因种类、品种和生育期的不同而异；积温也是地区热量资源指标。根据植物的积温要求，对照地区的热量资源，便可评价该地热量条件。

活动温度则指高于植物生物学下限温度的日平均气温。从每年日平均气温稳定通过0℃这天起，到稳定结束0℃这天止，其间逐日平均气温相加之和为≥0℃活动积温。

≥0℃活动积温是研究植物生长、发育对热量的要求和评价热量资源的一种指标。植物发育的起始温度（又称生物学零度）不一定和0℃相一致，因种类、品种而异，而且同一植物，不同发育期也不相同，多数都在0℃以上，因此≥0℃活动积温是热量资源的基本指标。

Aa =ΣTi ( Ti ≥0℃)

其中Aa为≥0℃活动积温；Ti为时段内某日的平均温度。

2.（日、月、年）平均气温

日平均气温是一天中不同时间观测的气温值的平均数。

月平均气温是一月中各日平均气温值的平均数，是将各日的平均气温相加，除以该月的天数而得。 年平均气温是一年中各月平均气温值的平均数，是将12个月的月平均气温累加后除以12而得。 3.（日、月、年）最高气温、最低气温

日最高气温指一天中气温的最大值，日最高气温一般出现在午后两点钟左右；（月、年）极端最高气温指一月中或一年中气温的最大值。

日最低气温指一天中气温的最小值，日最低气温一般出现在清晨日出前后；（月、年）极端最低气温指一月中或一年中气温的最小值。

4.气温日较差

每昼夜最高气温和最低气温之差，称为气温日较差。它的大小反映了气温日变化的程度。 气温日较差的大小与地理纬度、季节、地表性质、天气状况有关。 气温日较差=日最高气温－日最低气温

5.降水量

降水量是指某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水，在水平面上积累的深度。以mm为单位，取一位小数。

降水量反映当地的气候资源。监测降水量的变化，可研究一定时期降水量大小对植物生长的利弊影响。

通常采用雨量器（雨量计）于每日08、20时分别量取前12小时降水量，或采用自动观测方法。 6.降水距平百分率

指某时段降水量与历年同时段平均降水量差值占历年同时段平均降水量的百分率，降水距平百分率可表示旱涝的程度。

降水距平百分率=（某时段降水量-历年同时段平均降水量）/历年同时段平均降水量×100% 7.蒸发量

蒸发是指水由液体或固体（如冰雪）变成气体的过程。蒸发包括水面蒸发（即液态水面不断向大气蒸发水分的过程）；土壤蒸发（土壤中的水分以水汽的状态进入大气中的过程）；植物蒸腾（土壤中的水分经植物根系吸收后，输送到叶面，逸散到大气中去的过程）。

气象站测定的蒸发量是水面蒸发量，指一定口径的蒸发器中，在一定时间间隔内因蒸发而失去的水

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层深度，以mm为单位。每日定时观测。

水面蒸发量反映一个地区的蒸发能力，水面蒸发与当地降水量大小关系不大，主要影响因素是气温、湿度、日照、辐射、风速等。因此在地区分布上，一般冷湿地区水面蒸发量小，干燥、气温高的地区水面蒸发量大；高山区水面蒸发量小，平原区水面蒸发量大。

蒸发量=前一日水面高度＋降水量（以雨量器观测值为准）－测量时水面高度 8.干燥度

干燥度指有植被地段的最大可能蒸发量与降水量之比值。这是衡量一个地区气候干湿程度的定量指标，也是衡量作物水分供求程度的水分平衡指标，同时也是各地水分资源的区划指标。

K?C?T

R式中，K为年干燥度；CΣT表示蒸发力，其中C为系数，ΣT为≥0℃活动积温；R为≥0℃期间的降水量。当K=1时，表示水分大体收支平衡；当K>1时,水分支大于收；当K<1时，水分收大于支。一般年干燥度0.50～0.99为湿润区；1.00～1.49，为半湿润区；1.5～1.99，为半干旱区；2.00～3.99为干旱区。

9.日照时数

日照是指太阳在一地实际照射的时数。在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120 W·m-2的那段时间总和，以h为单位，取1位小数。日照时数也称实照时数。

日照时间的长短对植物能否正常生长关系很大。一个地方日照时数的多少，如果没有云雾和山脉的影响，太阳可能照射时间就决定于纬度的高低，且随季节的变化而不同。但同纬度地区实际日照时间，由于地形的不同和云量多少而有差异。

观测日照的仪器有暗筒式日照计、聚焦式日照计等。

大气成分

1.酸雨和酸雨率

pH是评价水质的一个重要参数，是水中氢离子活度倒数的对数值。当温度25℃、pH等于7时，溶液为中性，即氢离子和氢氧根离子的活度相等，相应各自的近似浓度为10-7mo1／L。大气降水中pH值的大小反映了降水的酸碱性。pH值小于7表示呈酸性，pH值大于7表示呈碱性。

酸雨是指pH值低于5.6的降水（湿沉降）。煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素；其次气象条件和地形条件也是影响酸雨形成的重要因素。降水酸度pH＜4.9时，将会对森林、农作物和材料等产生明显损害。

酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。监测区域酸雨发生的频率，用于探索研究酸雨的形成机制与变化。

一般采用电位计法进行测定。通过配制两种pH标准缓冲溶液，在溶液温度为25土0.1℃时，对仪器和电极进行定位与校正。仪器经校正定位后，进行样品测定，直接从仪器上读出样品稳定的pH值。 2.降尘总量

大气降尘是指从大气中靠重力作用自然沉降到地面的颗粒物，其直径一般大于10μm。颗粒物在地面上的自然沉降能力主要决定于自身质量及粒度大小，但其它一些自然因素如地形和气象条件（风、雨、雪、雹、雾等）也起着一定作用。

大气降尘总量观测采用重量法。即大气中的颗粒物自然降落在集尘缸内，经蒸发、干燥、称重，再

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根据集尘缸口的面积，计算出大气降尘总量值，单位为t / km·d。

大气降尘总量W=[（W1﹣Wa﹣Wb）/( S × n) ]×104

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其中W为降尘总量，t / km·d；W1为在105℃下，降尘总量加蒸发皿质量，g；Wa为在105℃下，烘干的蒸发皿质量，g；Wb为在105℃下，2.0ml 0.1N硫酸铜溶液蒸发至干后的质量，g；S为集尘缸口面积，cm2；n为采样天数，d。

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生 物

1.自然物候

物候是指自然环境中植物、动物生命活动的季节现象和在一年中特定时间出现的某些气象、水文现象。它包括植物的发芽、展叶、开花、果实成熟、叶变色、落叶等；侯鸟、昆虫以及其它动物初见、初鸣、绝见、终鸣等；霜、雪、闪电、雷声、结冰等气象、水文现象。

物候现象是生物节律和环境条件的综合反映。从气象条件来说它不仅反映了当时的天气条件，而且反映了过去一段时间气象条件影响的积累情况。物候观测资料可以预告农事活动，对作物引种、布局、园林设计、农业气象预报、情报、农业气候专题分析以及区域气候和古气候的研究，编制自然历等方面有广泛的应用价值。

选择优势种和物候指示种，野外观测。 2.浮游植物现存量

浮游植物现存量为单位体积或单位面积中植物的数量或质量。

各门藻类虽由不同的色素组成，但都含有叶绿素a。叶绿素a不仅含量高，而且最重要的是它是整个光合作用过程中的能量传递中心。因此，一般以叶绿素a值作为浮游植物现存量的指标。

浮游植物中含有叶绿素，能利用光能进行光合作用，将无机物转化为有机物，供其他消费性生物利用，是湖泊中主要初级生产者，在湖泊生态系统中具有重要作用。所有绿色植物都含有色素，以进行光合作用，因而测定水样中色素的含量，也是对浮游植物的一个定量测定。

采用单色分光光度法测定。 3.湖泊鱼总量

湖泊中的鱼类、鱼的总量。

湖泊中的鱼类、鱼的总量对水体中的微生物总量有很大影响，对浮游植物和水体中的初级生产力产生影响。鱼类和鱼总量的调查有利于了解湖泊中动植物的生态平衡，更准确的评价水体初级生产力。

调查相关部门以收集鱼类和鱼总量的资料。 4.湖泊生态环境需水量

湖泊生态环境需水量是指保证特定发展阶段的湖泊生态系统结构，发挥其正常功能而必需的一定数量和质量的水。一是湖泊最大生态环境需水量，超过此值，湖泊将水漫堤岸，发生洪涝灾害；一是湖泊最小生态环境需水量，低于此值，湖泊生态系统结构与功能将受到不可逆的损害。正常状态下，湖泊的蓄水量在此范围内波动。

湖泊最小生态环境需水量是为了在合理开发和高效利用湖泊淡水资源的同时，维持湖泊生态系统不再继续恶化所必需的最小水量。此概念是基于环境科学角度提出的，适用于受损严重的湖泊生态系统恢复与重建。维护湖泊和水库的合理水位及其水体的自净能力已经成为淡水资源科学配置和永续利用的基本保证。确定和保证湖泊生态系统必需的最小水量是解决湖泊生态问题的关键和前提，为防止湖泊生态系统日益恶化的趋势和生态恢复提供技术支持。

①水量平衡法

根据湖泊水量平衡原理，湖泊的蓄水量由于入流和出流水量不尽相同而不断变化，在没有或较少人为干扰的状态下，湖泊水量的变化处于动态平衡。

dV/dt=（R＋P＋Gi）－(D＋E＋G0)

式中，dV/dt为湖泊水量变化；R为地表径流的入湖水量；P为降水；Gi为地下径流的入湖水量；D为地表径流的出湖水量；E为湖泊水面的蒸散量；G0为地下径流的出湖水量。

②最小水位法

不同流域水位和水深与湖泊生态系统的面积与容积具有明显的相关性，湖泊生态系统各组成部分生长繁殖所必需的水位和水深不同，为实现不同的生态环境功能所必需的水位和水深也不同。最小水位法

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是指通过维持湖泊生态系统各组成分和满足湖泊主要生态环境功能的最小水位最大值与水面面积的积，来确定湖泊生态环境需水量。

Wmin=Hmin×S

式中，Wmin为湖泊最小生态环境需水量；Hmin为维持湖泊生态系统各组成分和满足主要生态环境功能的最小水位最大值；S为水面面积。

③功能法

当湖泊生态系统健康程度处在良好状态下，其具有较强的生态功能（能量平衡、食物网链、多样性、物质循环和自我调节等）的同时，发挥着较强的环境功能（调蓄洪水、提供水源、能源生产、环境净化、调节小气候、水产等资源生产、航运、景观和娱乐等）。根据湖泊生态系统生态环境功能划分生态环境需水量类型为：湖泊蒸散需水量、湖泊渗漏需水量、湖泊水生生物及其栖息地需水量、湖泊出湖地表径流需水量、湖泊出湖地下径流需水量、能源生产需水量、环境稀释需水量、航运需水量、湖泊防盐化需水量、景观保护与建设需水量和娱乐需水量等。

湖泊蒸散需水量：以挺水植物和浮水植物为优势种的湖泊，此项需水量是湖泊水生高等植物蒸散需水量与水面蒸发需水量的和。水生植物不发达的藻型湖泊，此项需水量只为水面蒸发需水量。

湖泊渗漏需水量：为研究区的渗漏系数与湖泊面积的积。假定地表水与地下水保持平衡状态，且不考虑地下水过度开采形成的地下漏斗。

水生生物栖息地需水量：根据生产者、消费者和分解者的优势种生态习性和种群数量，确定水生生物生长、发育和繁殖的需水量。

环境稀释需水量：根据湖泊水质模型，湖泊水质与湖泊蓄水量、出湖流量和污染物排入量有关，湖泊水体环境容量是湖泊水体的稀释容量、自净容量和迁移容量之和。在现状排放量已知的情况下，满足湖泊稀释自净能力所需的最小基流量。

?T[Wc?(Cs?C0)v]V＝

(Cs?C0)?KCs?T式中，V为枯水期湖泊所需最小库容；?T为枯水期时段，d，取决于湖泊水位年内的变化，枯水时间短，水位年内变化大的可取60～90d，常年稳定则可取90～150d；C0为背景值浓度；Cs为水污染控制目标浓度（水质标准），mg/L；Wc为现状排放量；K为水体污染物的自然衰减系数（1/d）；v为安全容积期间，从湖泊中排泄的流量。

湖泊防盐化需水量：根据湖泊盐化程度确定盐化指标和数量范围，与湖泊盐化的面积、水深的乘积即为湖泊防盐化需水量。

能源生产需水量：根据湖泊发电量和能源生产的规模，计算湖泊能源生产需水量。

航运需水量：根据湖泊航运的线路、时间长短和航运量，确定相关定量指标，计算航运需水量。 景观保护与建设需水量：根据研究区生态环境特点，确定植被类型、缓冲带面积和景观保护与规划目标等相关指标，计算此项需水量。

娱乐需水量：根据研究区旅游人数、娱乐项目和附属设施，确定相关指标，计算娱乐需水量。

水 体

1.水位和水深

水体平面由于水的密度差异、重力作用，以及湖泊中的水处于不断地运动而变化，表现为水位和水深的变化。

测定湖泊水位和水深用于评估湖泊水量。以m为单位，保留一位小数。

水位测定使用浮筒式自记水位计。水深测定使用测深杆和测深锤。在测定前用GPS定位仪记录测定位置信息。

2.水域面积

指得是湖泊或河流面积的大小。用于评估大区域水量，监测洪涝灾害。 主要使用卫星遥感方法。

水体、植被、裸土等在可见光和近红外波段的反射光谱特性有着较大的差异。水体在近红外通道有很强的吸收，反射率极低，在可见光通道的反射率较近红外通道高。植被在可见光通道的反射率较近红

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外通道低。在近红外通道波长范围内，植被的反射率明显高于水体，而在可见光通道波长范围内，水体的反射率高于植被。裸土的反射率在可见光通道波长范围高于植被和水体，在近红外通道高于水体，低于植被。因此，对于近红外通道和可见光通道的反射率比值，在水体部分<1,在植被部分>1，而在植被稀少的裸土地带，处于1左右。利用这一特点可从可见光和近红外通道数据中提取地表水体信息。

水体面积计算即为计算等距经纬度投影图像中监测区域内被判识为水体的所有单个像素面积的总和。先求出单个像元面积ΔS：

ΔS=Np×Nl

式中，Np为纬度方向距离；Nl为经度方向距离 则水体面积即为所有象素面积的总和。

S???Si

i?1n式中，i为像素序号，n为水体的总像素数。

3.水质五要素

即水温、浊度、pH值、电导率及溶解氧。 水温为水体的温度。

浊度反映水体外观的指标，有颜色的水可减弱水体的透光性，影响水生生物生长。 PH值是评价水质的一个重要参数，是水中氢离子活度倒数的对数值。

电导率是用数字来表示水溶液传导电流的能力，与水中溶解性固体盐类有密切关系，可用于监测水中溶解性矿物质浓度的变化。一般天然水的电导率在50～1500μS/cm之间。

水的溶解氧含量取决于水体与大气中氧的平衡。清洁地面水溶解氧一般接近饱和，但由于藻类生长，溶解氧可能过饱和。另一方面水体受还原性物质污染时会使溶解氧降低。溶解氧是水生生物最重要的限制因素之一。

水质五要素的常规观测可使用水质在线分析仪器，自动测定。

水温可采用卫星遥感方法监测。通过监测水体的亮度温度估算水温。 4.富营养化指数

湖泊、水库等水域的植物营养成分（氮、磷等）不断补给，过量积聚，致使水体营养过剩的现象称为水体“富营养化”。由于水体中营养物质过多，水生生物（主要是藻类）大量繁殖。藻类的的呼吸作用及死亡藻类的分解作用消耗大量的氧，致使水体处于严重的缺氧状态，并分解出毒物质，从而给水质造成严重的不良后果。

选择综合营养状态指数法对水体水质的营养状况进行综合评价。以叶绿素a（Chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）作为评价因子。

TLI(?)??Wj?TLI(j)j?1m

式中，TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。

以Chla作为基准参数，则第j种参数的归一化相关权重计算公式为：

rij2

Wj??rijj?1m2式中，rij为第j种参数与基准参数Chla的相关系数；m为评价参数的个数。

因此，湖泊（水库）营养状态分级：TLI（∑）＜30，贫营养；30≤TLI（∑）≤50，中营养；TLI（∑）>50，富营养；50＜TLI（∑）≤60，轻度富营养；＜TLI（∑）≤70，中度富营养；TLI（∑）>70，重度富营养。在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。

5.总有机碳（TOC）

指溶解于水中的有机物总量，折合成碳计算。总有机碳含量是反映废水中有机物总量，是水体污染

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程度的重要指标，若相当多的有机污染物存在于水中，将直接影响水体的质量，对生活、生产造成影响。

采用高温催化燃烧非分散红外检测法。其原理主要是，当含碳化合物在富氧环境下燃烧时，碳完全转化成CO2，经非散射性红外检测器（NDIR）检测，得到样品中的总碳含量（TC）。然后，样品被酸化，发生化学反应，并经非散射性红外检测器（NDIR）检测，得到样品中的总无机碳含量（TIC）。用总碳含量TC减去总无机碳含量TIC，即得到总有机碳（TOC）的值。

6.化学需氧量（COD）

化学需氧量（COD）也称耗氧量，是指水样在一定条件下，氧化1L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一。

用重铬酸钾法进行测定。即在强酸性介质中，用重铬酸钾将水中的还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾量算出水样中的化学需氧量。以氧的mg/L表示。测定结果一般保留3位有效数字，对COD值小的水样，当计算出COD值小于10mg/L时，应表示为COD＜10mg/L。

7.生物需氧量（BOD） 生物需氧量（BOD），指含有机污染物及足够的溶解氧值的水样中，通过微生物的作用，使有机物降解的过程中消耗的氧的量。

生物需氧量（BOD）值愈大，水质污染愈严重。

生物需氧量测定采用微生物分解有机物的方法进行测定。可采用人工或仪器测定。单位为mg/L。 8.湖泊排放量

湖泊周围工农业用水、生活用水的排放量。

湖泊周边的排放影响湖泊水质和水生生物的活动，从而影响湖泊生态环境。以每月湖泊单位面积接收的排放量为评价因子。

当地统计局查询相关资料。 9.地表径流量

降水或融雪强度一旦超过下渗强度，超过的水量可能暂时留于地表，当地表贮留量达到一定限度时，即向低处流动，成为地表水流而汇入溪流，这一过程称为地表径流，而此过程的水量称为地表径流量。

地表径流量是总径流量的一部分，一般由降水造成并在一定区域内形成的薄薄的水流层。开展对地表径流的观测及深入研究，对研究水分平衡具有重要的实际意义。

地表径流量通过地表径流场进行观测。地表径流场是从周围地区分隔出来的一块土地，上面建设地表径流观测设施，径流场一般用截水沟分成若干小区域，截水沟相互联系并与一集水槽相接。降到地面的降水在降水量大于土壤渗透率及蒸发时，多余的水分会集中到地表面并流到截水沟，最后集中到集水槽中。集水槽中水量与集水面积之比则为地表径流量，地表径流量以mm为单位。

10.湖泊附近土壤水分含量

土壤水分是土壤的一个组成部分，对土壤中气体的含量及运动、固体结构和物理性质有一定的影响，制约着土壤中养分的溶解、转移和吸收及土壤微生物的活动，是植物生长需水的主要给源。

①烘干称重法

在烘箱中105土2℃的环境下烘干土壤中的水分，求算土壤失水重量占烘干土重的重量百分数。 W =( g1－g2 )/( g2－g )×100%

W为土壤重量含水量；g为铝盒重；g1为铝盒加湿土重；g2为铝盒加干土重。 ②时域反射仪法

TDR测定土壤水分是通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来确定土壤的介电常数，进而计算出土壤含水量。这一传播时间与土壤的介电常数Ka有关，可表示为：

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Ka =(cΔt/2L)2

式中，c为光速，L为波导长度。

土壤含水量Q与介电常数Ka间的关系可表示为：

Q= -5.3×10-2＋2.92×10-2 Ka －5.5×10-4 Ka 2＋4.3×10-6 Ka 3

11.湖泊附近地下水位

地下水位的变化直接影响到上层土壤水分，特别是在地下水位较高的情况下，对植物根系分布层的土壤水分影响更大。因此，测定地下水位深度对于分析土壤水分变化十分必要。

选定能代表当地地下水位的、供灌溉或饮水使用的水井进行测定，一般在早上测定。当水井水位因灌溉等原因发生变化时，应在水井水位恢复到正常时进行补测。可用绳、杆、皮尺（绳、皮尺下端应系一重物），或自动仪器进行测量，以m为单位，取一位小数。 12.水下温度和辐射

对水体进行温度梯度和辐射的观测，可以对水体初级生产力进行评估。观测水体中的直接辐射、反射辐射、总辐射、散射辐射，通过计算可得出水体反射率，以研究水体能量交换和平衡。

选取水面宽阔的地段，在水下不同深度设置水温和辐射传感器，通过仪器自动观测水下温度和水下辐射取得数据。

13.湖泊结冰

观测湖泊结冰现象，以了解气候对湖泊的影响。 观测湖泊结冰起始日期，结冰面积，结冰厚度。 湖泊结冰厚度以cm为单位。

灾 害

1.干旱

干旱是一种因长期无降水、少降水或降水异常偏少，而造成空气干燥、土壤缺水的气候现象。 干旱在气象学上有两种含义：一是干旱气候，一是干旱灾害。前者是指最大可能蒸散量比降水量大得多的一种气候现象，通常干旱气候是指用H.L.彭曼公式计算的最大可能蒸散量与年降水量的比值大于或等于3.5的地区。与干旱气候不同，干旱灾害是指某一具体的年、季或月的降水量比多年平均降水量显著偏少而发生的危害，它的发生区遍及全国。在干旱半干旱地区，由于降水量年际变化大，降水显著偏少的年份比较多，干旱灾害的发生频率往往比较高，而湿润气候区则相反。一个地方每年雨季来临时间迟早不一，会造成渔业生物赖以生存的水源不稳定。长时期的干旱少雨，会使塘堰干涸，河流断流，湖泊、水库水域面积锐减，威胁渔业生物的生存和繁衍，给渔业生产造成危害。

用于描述气候干旱的指标有很多，诸如降水量、降水距平百分率、Z指数、Palmer指数等。 ①降水量（P）和降水量距平百分率(Pa) 定义和计算方法见气象部分。

表5-1 根据降水量和降水量距平百分率划分的干旱等级

等级 1 2 3 4 5 类型 无旱 轻旱 中旱 重旱 特旱 降水量距平百分率(Pa)[%]

（月尺度） -50＜ Pa -75＜ Pa ≤-50 -90＜ Pa ≤-75 -99＜ Pa ≤-90 Pa ≤-99 降水量距平百分率(Pa)[%]

（季尺度） -25≤ Pa -50≤ Pa ＜-25 -75＜ Pa ≤-50 -90＜ Pa ≤-75 Pa ≤-90 ②标准化降水指数（SPI或Z）

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由于不同时间尺度、不同地区降水量变化幅度很大，直接用降水量在时空尺度上很难相互比较，而且降水分布是一种偏态分布，不是正态分布，所以在许多降水分析中，采用?分布概率来描述降水量的变化。标准化降水指标（简称SPI）就是先求出降水量?分布概率，然后再正态标准化而得。其计算步骤为：

a.假设某时段降水量为随机变量x，则其?分布的概率密度函数为：

f(x)?1x??1e?x/???(?)? x?0 ????????(1)

?(?)??x??1e?xdx0? ????????(2)

其中：β>0，γ>0分别为尺度和形状参数，β和γ可用极大似然估计方法求得：

???1?1?4A/34A ????????(3)

??x/?? ????????(4) ?其中

A?lgx?1n?lgxini?1 ????????(5)

式中，xi为降水量资料样本，x为降水量多年平均值。

确定概率密度函数中的参数后，对于某一年的降水量x0，可求出随机变量x小于x0事件的概率为：

P(x?x0)??f(x)dx0? ????????(6)

利用数值积分可以计算用（1）式代入（6）式后的事件概率近似估计值。 b.降水量为0时的事件概率由下式估计：

P(x?0)?m/n ????????(7)

式中，m为降水量为0的样本数，n为总样本数。

表5-2 根据标准化降水指数SPI划分的干旱等级

等级 1 2 3 4 5

类型 无旱 轻旱 中旱 重旱 特旱

SPI值 -0.5< SPI -1.0< SPI ≤-0.5 -1.5< SPI ≤-1.0 -2.0< SPI ≤-1.5 SPI ≤-2.0

累积频率 ＞31% 16～31% 7～16% 2～7% <2%

c.对?分布概率进行正态标准化处理，即将（6）、（7）式求得的概率值代入标准化正态分布函数，即：

????????(8)

对（8）式进行近似求解可得： Z?St?(c2t?c1)t?c0((d3t?d2)t?d1)t?1.0 ????????(9)

t?ln1P2P(x?x0)?12???0e?Z2/2dx其中，，P为（6）式或（7）式求得的概率，并当P>0.5时，P=1.0-P，S=1；当P≤0.5

时，S=-1。

c0?2.515517，c1?0.802853，c2?0.010328，

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d1?1.432788，d2?0.189269，d3?0.001308。

由（9）式求得的Z值也就是此标准化降水指数SPI。 ③相对湿润度指数(Mi)

相对湿润度指数的定义可写成如下形式：

Mi?P?EE

式中，P为某时段的降水量，E为某时段的可能蒸散量，用Penman-Monteith或Thornthwaite方法计算。

表5-3 根据相对湿润度指数Mi划分的干旱等级

等级 1 2 3 4 5

类型 无旱 轻旱 中旱 重旱 特旱

相对湿润度指数Mi

（月尺度） -0.50< Mi -0.75< Mi ≤-0.50 -0.90< Mi ≤-0.75 -0.99< Mi ≤-0.90 Mi ≤-0.99

相对湿润度指数Mi

（季尺度） -0.25< Mi -0.50< Mi ≤-0.25 -0.75< Mi ≤-0.50 -0.90< Mi ≤-0.75 Mi ≤-0.90

④综合干旱指数Ci

由于发生干旱的原因是多方面的，影响干旱严重程度的因子很多，所以确定干旱的指标是一个复杂的问题。单一干旱指数无法满足要求。

气象干旱综合指数Ci是以标准化降水指数、相对湿润指数和降水量为基础建立的一种综合指数： Ci??Z3??M3??Z

9表5-4 根据综合干旱指数Ci划分的干旱等级

等级 1 2 3

类型 无旱 轻旱 中旱

Ci值 -0.6< Ci -1.2< Ci ≤-0.6 -1.8< Ci ≤-1.2

干旱影响程度

降水正常或较常年偏多，地表湿润，无旱象。

降水较常年偏少，地表空气干燥，土壤出现水分不足，对植物有轻微影响。 降水持续较常年偏少，土壤表面干燥，土壤出现水分较严重不足，地表植物叶片白天有萎蔫现象，对植物和生态环境造成一定影响。

土壤出现水分持续严重不足，土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶片

4

重旱

-2.4< Ci ≤-1.8

干枯，果实脱落；对植物和生态环境造成较严重影响，工业生产、人畜饮水产生一定影响。

5

特旱

Ci ≤-2.4

土壤出现水分长时间持续严重不足，地表植物干枯、死亡；对植物和生态环境造成严重影响、工业生产、人畜饮水产生较大影响。

当Ci﹥0时，P10 ≥Pa；P30 ≥1.5×Pa，并P10 ≥Pa /3；或Pd ≥Pa /2，则Ci =Ci；否则Ci =0。 当Ci﹤0，并P10 ≥E0 时，则Ci =0.5×Ci；当Py﹤200mm，Ci=0。 Pa =200mm，E0 =E5，当E5 ＜5mm时，则E0 = 5mm。

式中，Z3、Z9为近30天和90天标准化降水指数SPI；M3为近30天相对湿润度指数；E5为近5天的可能蒸散量。P10为近10天降水量，P30为近30天降水量，Pd为近10天一日最大降水量，Py为常年年降水量；α、γ、β为权重系数，分别取0.4、0.8、0.4。

⑤土壤墒情干旱指数

表5-5 根据土壤相对湿度划分的干旱等级

等级 1 2 3 4 5 类型 无旱 轻旱 中旱 重旱 特旱 20cm深度土壤相对湿度

R ＞60% 60≥ R ＞50% 50≥ R ＞40% 40≥ R ＞30% R ≤30% 对植物影响程度

地表湿润，无旱象

地表蒸发量较小，近地表空气干燥

土壤表面干燥，地表植物叶片白天有萎蔫现象

土壤出现较厚的干土层，地表植物萎蔫、叶片干枯，果实脱落 基本无土壤蒸发，地表植物干枯、死亡 土壤相对湿度，以重量含水率占田间持水量的百分比表示。

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R?w?100ü

式中，w为土壤重量含水率；fc为田间持水量。 土壤重量含水率：

m?mdW?w?100%md

式中，W为土壤重量含水量，mw为湿土重量，md为干土重量。 ⑥帕默尔干旱等级

表5-6 根据帕默尔指数划分的干旱等级 级别 1 2 3 4 5

干旱等级

名称 无旱 轻旱 中旱 重旱 特旱

危害程度 无危害 轻微危害 中等危害 严重危害 特重危害

旱度指数（X）范围划分

X ≥-0.99 -1.00≥ X ≥-1.99 -2.00≥ X ≥-2.99 -3.00≥ X ≥-2.99

X ≤-4.00

帕默尔干旱指数计算步骤如下：

a.统计水文帐，由长期气象资料序列计算出月水分平衡各分量的实际值、可能值及平均值，包括蒸散量、潜在蒸散量、径流量、潜在径流量、补水量、潜在补水量、失水量和潜在失水量；

b.计算各气候常数和系数，包括蒸散系数、补水系数、径流系数、失水系数和气候特征值；

c.计算出水分平衡各分量的气候适宜值，包括气候适宜蒸散量、气候适宜补水量、气候适宜径流量、气候适宜失水量和气候适宜降水量；

d.计算水分盈亏值和水分距平指数； e.建立帕默尔干旱指数计算公式；

f.对权重因子K进行修正，计算最后的水分距平指数Z； g.干期（或湿期）结束的度计算。 2.水华

水华是淡水水域中由藻类引起的一种自然生态现象，如蓝藻（严格意义上应称为蓝细菌）、绿藻、硅藻等，也就是水的富营养化。水华发生时，水一股呈蓝色或绿色。

水华是水体富营养化的直接表现，可直接用来评价水域水质状况。

通过观测和调查的方法，了解水华现象发生的日期、地点、面积，以m2为单位。 3.泛塘

鱼池由于放养密度大，投饵施肥多，水中有机物和耗氧因子多，容易发生鱼类缺氧浮头的现象。如果措施不当，可能由于严重浮头而造成大批鱼类窒息死亡，这种现象称为泛塘。

鱼类要求水溶氧达到5mg／L以上，才能安全生存和生长，降至2～3mg／L时，会出现缺氧浮头，低于2mg／L后，会严重浮头，当浮头时间过久后便泛塘。之所以会缺氧，一是池水上下水层存在温差，形成对流面缺氧；二是光照不足，浮游植物光合作用产氧减弱而缺氧；三是天气突变及池底污泥耗氧过多而缺氧。泛塘可以直接评价水体溶解氧量。

通过观测和调查的方法，了解泛塘现象发生的日期、地点、面积和造成的损失，以m2为单位。 4.涝灾

涝灾则是指长期大雨或暴雨后，在地表产生大量的积水和径流，由于积水太多、来势较猛，排水速度有限，从而在一定时间内淹没地势较低的地方。造成涝灾的原因很多，如降雨量、降雨强度、降雨持续时间、地形、地貌等。其中，降雨量过多和降水强度过大是导致涝灾的根本原因。

当湖泊水量超过最大生态环境需水量时，湖泊将水漫堤岸，发生涝灾。

通过观测和调查的方法，了解涝灾现象发生的日期、地点、面积（以m2为单位）、频率和造成的

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损失。

5.低温害

水生生物都有自身一定的适温范围，温度对水生生物的影响很大，如果出现超出其适应能力的环境温度时，就会给有机体造成损害。低温害是危害渔业生产的一种主要气象灾害，它因渔业生物的种类和生育阶段有所不同。分为低温冷害和低温冻害。

低温冷害是指温度在0℃以上的条件下对渔业生物产生的危害。 低温冻害是指温度在0℃以下的条件下对渔业生物产生的危害。

通过调查的方法，了解灾害发生的日期、地点、面积和造成的损失。 6.大风

大风，通常指瞬间风速≥17m/s，相当于8级的风。强烈的大风是一种严重的灾害性天气，将对人们水上和陆地的生产活动、经济建设和日常生活造成危害。

通过风速的观测，指导人们趋利避害，在湖泊及其周围开展生产和经济建设活动。 一年中发生风灾的次数为风灾发生频次。 7.雾

大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能见度小于1.0km的天气现象称为雾。

根据能见度状况，雾分为三个等级：雾，能见度0.5km～1.0km；浓雾，能见度0.05km～0.5km；强浓雾，能见度小于0.05km。

湖面航行的船舶等，会因雾天能见度差引起交通事故；另外，雾气中含有的一些污染物，对人体健康也不利。

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参考文献

[1] 唐德瑞.试论植物气候生产潜力.中国科技论文在线 [2] 冯秀藻.农业气象学原理.北京：气象出版社，1990

[3] 中国气象局.地面气象观测规范.北京：气象出版社，2003

[4] 刘静玲等.湖泊生态环境需水量计算方法研究.自然资源学报，2002，9，（17）5 [5] 孟猛等.地理生态学的干燥度指数及其应用评述.植物生态学报，2004，28，6 [6] 中国气象局.生态气象观测规范（试行）.北京：气象出版社，2005 [7] 中国气象局.农业气象观测规范.北京：气象出版社，1993

[8] 金相灿.中国湖泊富营养化.北京：中国环境科学出版社，1990.2 [9] 杨柏松.渔业气象灾害.气象科技，1993.1

[10] 中国气象局.干旱监测和影响评价业务规定（征求意见稿），2005

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附加说明

《生态气象监测指标体系（试行）》由中国气象局预测减灾司组织编制。甘肃省气象局牵头，黑龙江省气象局、江西省气象局、湖北省气象局和青海省气象局参加起草。

编制工作由中国气象局预测减灾司周朝东、佘万明负责组织协调。主要起草人为秘晓东（甘肃省气象局业务处）、王静（中国气象局兰州干旱气象研究所），李秀芬（黑龙江省气象科学研究所），黎明峰、杨文刚（湖北省武汉农业气象试验站），曾凯（江西省南昌农业气象试验站），许存平（青海省海北州气象局）。

秘晓东、王静负责本书的总体设计、修改和编辑并起草荒漠生态系统指标；李秀芬起草森林生态系统和湿地生态系统指标；黎明峰、杨文刚起草湖泊生态系统指标；曾凯起草农田生态系统指标；许存平起草草地生态系统指标。

本指标体系由中国气象局预测减灾司负责解释。

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